操作系统期末复习大纲

2011-2012-1操作系统期末复习提纲

第一章

1．理解操作系统的概念

? 什么是操作系统

? 计算机系统=计算机硬件+计算机软件

? 计算机硬件组成=中央处理机(运算器+控制器)+存储器+输入、输出设备 ? 计算机软件分类=系统软件+应用软件 ? 裸机：没有任何软件支持得计算机

? 虚拟机：经过软件扩充后，把裸机改造成功能更强、使用更为方便的机器，

这种机器被称为虚拟机。

? 引入操作系统的目的：

? 提高系统资源使用效率； ? 方便用户工作； ? 方便系统扩充。

? 操作系统的定义：P2

? 它是计算机系统中控制和管理计算机系统资源、合理组织计算机工作流程、

提高只有利用率和方便用户使用计算机得计算机程序得集合。它是计算机系统中的一个系统软件。

? 操作系统的两大特征：

? 并发 ? 资源共享

2．掌握三种基本类型及特点P8

? 批处理操作系统 ? 定义：

? 指用户通过系统管理员把作业集中提交给计算机系统，由计算机系统统一进

行调度和处理。作业运行中不需要人工干预。这样的操作系统就是批处理系统。

? 特点：

? 用户脱机使用计算机 ? 成批处理 ? 多道程序运行

? 优点：

? 系统资源利用率高、作业吞吐量大

? 缺点：

? 无交互能力、作业周转时间长、只适合于科学计算工作

? 分时系统

? 分时技术：把处理机的运行时间分成很短得时间片，按时间片轮流把处理机

分配给各联机用户作业使用。若在其分配的时间片内不能完成计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一作业使用，等待下一轮继续其运行。 ? 特征：

? 交互性：计算机系统和用户用会话方式工作

? 多路性：多个用户同时在自己的终端上上机，共享计算机CPU和其

他资源

? 独立性：系统内每个用户程序独立工作，让用户有自己一个人在使

用计算机的感觉

? 设计分时系统优先考虑的目标是：

? 交互性和响应的及时性

? 实时系统

? 定义：指对外部事件能在允许的时间范围内做出响应的操作系统。 ? 特征：（设计实时系统优先考虑的目标）

? 响应的及时性（对特定事件） ? 系统的高可靠性

? 实时操作系统一般是专用系统，而其他操作系统一般是通用系统 ? 实时系统一般采用设备冗余的办法解决系统的高可靠性问题

3．理解操作系统的功能P13

? 1.4.1处理机管理

? 根据选定的处理机的分配调度策略实施处理机分配和资源回收功能

? 1.4.2存储管理

功能：

1. 内存分配回收 2. 程序的地址重定向 3. 存储的保护和共享 4. 主存的扩充功能

? 1.4.3设备管理

功能：

? 根据选定的设备分配策略，实施对通道、控制器、输入/输出设备的分配回

收；

? 实现设备的独立性功能。

? 1.4.4信息管理(文件系统管理)

功能：外存资源的分配回收、文件的按名存取、文件的共享、保护、保密。

? 1.4.5用户接口

? 作业一级的接口 （SHELL） ? 程序一级的接口 （系统调用）

4．熟练掌握算法描述的规则P18

第二章

1．理解一般用户的输入输出界面P23

? 作业的定义

? 作业定义：在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求

计算机所做工作的集合称为一个作业。 ? 作业步：作业中一个相对独立的部分。 ? 作业的组成：程序、数据、作业说明书

? 作业的状态：提交、收容、运行和完成状态。 ? 提交（进入）：作业输入外存时的状态。 ? 收容（后备）：作业全部信息输入外存且作业建立程序为之建立JCB，并将

其插入后备作业队列的状态。

? 运行：已被作业调度程序选中调入内存，并为之建立进程后的状态。 ? 完成：已正常运行完成或异常终止后的状态。

? 作业组织

? 作业说明书：是用作业控制语言书写的体现用户对作业控制意图的文档。 ? 作业控制块（JCB）：它是作业在系统中存在的唯一标志。操作系统根据JCB

了解作业的情况，同时又利用JCB控制作业的运行。 ? 建立作业的过程：

? 输入作业

? 为作业建立JCB并把它加入到后备队列

? 一般用户的输入输出方式 1. 联机输入输出方式 2. 脱机输入输出方式 3. 直接耦合方式

4. SPOOLING系统 5. 网络联机方式 2．理解作业级接口 （1）图形用户接口 （2）命令行接口

3．掌握常用操作系统的命令、命令组合（课堂介绍的） P28以及实验报告 4．了解简单的bat和shell脚本程序

5．能理解系统调用的概念、能阅读其应用代码（如进程、文件的系统调用） P34、 P70-73

? 什么是系统调用：系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。是操作系统提

供程序的一部分。 ? 系统调用的分类：

? 设备管理：用来请求和释放、启动、停止设备等。 ? 文件管理：包括对文件的读、写、创建、删除等。 ? 进程控制：进程的创建、执行、撤销、优先级调整等。 ? 进程通信：进程之间的消息和信号传递。

? 存储管理：申请、释放内存及作业要求内存和地址等。 ? 线程管理：线程的创建、调度、执行、撤销等。

? 系统调用的实现：系统调用的执行和普通库函数和用户自定义函数的执行是不一样

的—是由陷阱处理机构执行的。

? 陷阱处理机构：相当于微机中的软中断处理机构

? 陷阱指令：由于系统调用引起处理机中断的指令。陷阱指令包含对应系统调

用的功能号。

? 处理机指令分类：

? 普通指令：任何程序都能执行的指令

? 特权指令：只能在操作系统中执行的指令。比如：停机指令、清内

存指令、设备访问指令等，特权指令一般用户程序不能使用，库函数和用户自定义函数中也不能使用。

? 处理机状态：

? 用户态：用户程序执行时的状态 ? 核心态：操作系统程序执行时的状态

? 处理机状态切换：在用户程序执行过程中，当执行系统调用时处理机状态由用户态

切换到核心态；当系统调用执行完毕，返回到用户程序前，处理机状态又从核心态转换回用户态。 ? 总结

用陷阱机构执行的系统调用与普通函数调用是不同的：

? 现场保护工作不完全相同，普通函数调用只需保护返回地址即可，而系统调

用除了保护返回地址外，还要保护PSW。

? 普通函数调用不会改变PSW，它执行时的处理机状态为用户态，不能执行

特权指令。而利用陷阱机构调用中断处理程序则会自动调换PSW。从而使系统调用运行于核心态，也就可以执行特权指令。

? 在返回时，陷阱机构又会自动把PSW进行切换，使返回用户程序执行时，

处理机状态又回到用户态，当然，在返回前也会恢复现场。

第三章

1．掌握进程的概念、组成、并发、并行与执行的异步性

? 3.1.2进程的定义 进程是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集在处理机上的执行过程和资源分配的基本单位。

? 3.1.3进程与程序的区别

（1）进程是动态的概念，而程序是静态的概念； （2）进程具有并行特征，而程序没有；

（3）进程是竞争资源的基本单位，从而其并行性受到系统自己的制约，而程序不是； （4）一个进程可以包含多个程序，一个程序可以对应多个进程； （5）程序是进程的物理基础；

（6）进程的生命周期是短暂的，而程序的生命周期与进程相比则是长久的。

? 进程的特征：

（1）动态性：进程的实质是程序的一次运行过程，所以动态性是进程最基本得特征；动态性还表现在“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡；因此进程有一定的生命周期。

（2）并发性：多个进程能在一段时间内同时运行。

（3）独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立调度的基本单位。 （4）异步性：各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。 （5）结构特征：为每个进程配置一个PCB。

? 作业和进程的区别联系：

（1）作业是用户向计算机系统提交任务的任务实体，而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。

（2）作业在没有进入执行状态时被存入外存的后备作业队列中等待调度执行；进程一旦

被创建，总有相应部分被放入内存。

（3）一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成；但反过来不成立。 （4）作业的概念应用范围主要局限于批处理系统中，而进程的概念则用于几乎所有多道程序系统中。

2．掌握PCB的作用

? 进程的组成（静态描述）

进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）组成

? 3.2.1进程控制块PCB （1） 描述信息：

进程名或进程标识号：是唯一的，代表进程身份 用户名或用户标识：是代表该进程的归属 家族信息：该进程的家族关系 （2）控制信息 进程状态：运行、就绪、阻塞 进程优先级：包括占用CPU时间、进程初始优先级等 进程起始地址 计时信息：进程占用资源的时间 通信信息:进程之间信息交换的情况 （3）资源管理信息 存储器信息：占用内存信息和管理所用的数据结构、共享内存信息 I/O设备信息：所用I/O设备编号及相应的管理数据结构 文件信息：打开文件信息及管理文件所用的数据结构 （4）CPU现场保护结构 在当前进程被迫让出处理机时，把当前进程运行的现场环境保存在这个结构中，下次恢复运行时又从这儿取出，恢复到系统中，为进程的再次运行做好准备。

? PCB的作用： （1）PCB中包含进程的描述信息、控制信息以及资源信息，是进程动态特征的集中反映。 （2）创建一个进程时首先创建其对应的PCB；当一个进程完成功能后，系统释放其PCB，进程随之消亡。

（3）系统根据PCB感知进程的存在，通过PCB中所包含的各项变量的变化，掌握进程所处的状态。系统通过修改PCB中相应项的值来调整进程状态和控制进程的活动。 （4）PCB的全部或部分是常驻内存的。 （5）PCB是系统感知进程存在的唯一实体。 3．了解进程上下文的概念

是进程执行活动全过程的静态描述，它包括计算机中与执行该进程有关的各种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成的机器指令代码集（正文段）、数据集及各种堆栈值和PCB结构。（进程环境）

– 进程上下文可按一定的执行层次组合，如分为用户级上下文和系统级上下

文。

– 进程的执行是在该进程的上下文中进行的，当系统调度新进程占用处理机

时，新老进程的上下文就进行切换。

– UNIX System V 中，进程上下文由用户级上下文、寄存器上下文、系统级上

下文组成。系统级上下文又分为静态和动态两部分。

? 3.2.4进程空间与大小

进程中所有能使用地址的集合。

– 所有程序的执行都在自己的进程空间中进行，用户程序、进程的各种控制表

格都按一定结构排练在进程空间中。

– 进程空间的大小与处理机中指令的地址长度有关。 – 在UNIX和Liunx系统中，进程空间又被分为用户空间和系统空间两大部分，

用户程序在用户空间中执行，处理机状态处于用户态；而系统程序则在系统空间中执行，处理机状态处于核心态。

4．熟练掌握进程的状态及其转换

? 进程状态

初始态、执行态、等待状态、就绪状态和终止状态。

– 就绪状态：进程已经获得了除CPU以外的所有资源，只要一旦由进程调度

程序调度得到处理机便可立即投入运行。

? 就绪状态又可分为：

– 活动就绪状态（内存就绪）：进程在内存 – 静止就绪状态（外存就绪）：进程不在内存

– 运行状态：进程已经获得了包括CPU在内的所有资源，正在处理机上执行

的状态。

? 运行状态又可分为：

– 用户执行状态：执行用户程序时的状态 – 系统执行状态：执行系统核心代码时的状态

– 等待状态（阻塞状态）：进程因等待某事件的发生而放弃处理机后所处的状态。

– 按进程是否在内存分类：

? 活动阻塞状态：进程在内存 ? 静止阻塞状态：进程不在内存

– 按等待事件分类

? 内存等待：当前没有足够内存 ? 设备等待：当前所需设备忙 ? 文件等待：文件输入输出未完成 ? 数据等待：所需数据没有收到

5．理解进程控制的实现

6．掌握进程间的制约关系及所表现的互斥与同步概念 7．理解锁机制解决互斥的方法

8．掌握信号量（私有、公有）和P、V原语的概念及用法 9．熟练掌握应用P、V原语解决互斥问题

10．熟练掌握应用P、V原语解决同步问题（生产者与消费者、读者与写者（读者优先）） 11．理解进程的通信方式（消息缓冲、邮箱、管道） 12．理解死锁的概念 13．掌握死锁的必要条件

14．掌握防止死锁的方法及应用

15．熟练掌握死锁避免的方法及应用（银行家算法及安全测试子算法） 16．理解线程的概念、基本状态、使用场合及与进程的区别

第四章

1．理解处理机调度的四个层次 2．了解作业与进程的关系 3．了解作业的组织与调度

4．熟练掌握常用的调度算法及应用

第五章

1．掌握虚拟存储器的概念

2．熟练掌握地址的映射的方法（静态、动态） 3．理解内存的共享与保护

4．掌握分区管理的概念、分配与回收算法、回收区的合并、内存拼接、内存利用率等 5．了解覆盖与交换技术的用途

6．理解段、页式存储管理的基本原理 7．掌握程序运行的局部性原理

8．熟练掌握段、页式管理的地址映射（计算与画图）、数据结构（含带快表） 9．熟练掌握动态段、页式的常用置换算法、缺段、页中断的概念及处理 10．了解段页式存储管理的基本思想和实现原理

第八章

1．理解文件和文件系统的概念 2．理解文件的逻辑结构与存取方法

3．理解文件的物理结构与存储设备（磁盘） 4．熟练掌握文件存储空间的管理（链、位示图） 5．理解文件目录与按名存取的管理

6．理解文件目录的构成及与目录文件的区别 7．理解树形目录的概念 8．掌握文件共享的方法

9．掌握加快文件检索的方法 （第8.5节内容-：一级、二级、多级目录管理） 10．了解文件的存取控制及使用

第九章

1．了解设备管理的功能和任务 2．掌握数据传送控制方式

3．理解中断的概念及向量中断的应用

4．理解引入数据缓冲的原因、缓冲的种类 5．理解缓冲池的管理

6．了解设备分配的数据结构、分配原则、算法 7．了解设备驱动程序的概念、作用

8．理解磁盘优化技术（三种延迟时间）

9．熟练掌握磁盘优化调度算法（FIFO、SSTF、SCAN、C-SCAN）

题型： 选择、填空、判断、简答、应用

注意事项：

算法描述一定要按规则书写，否则后果自负！

考试覆盖到主要的知识点。对于通信的更侧重于应用，尤其是实验的内容。

系统调用，进程的阻塞、唤醒等，P、V操作，作业、课件上的例题

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